Uudet ohutkalvomateriaalit taipuvat tulevaisuuden energiateknologiaan
Titaanidioksidi, johon on lisätty pieniä määriä niobiumia, eli TNO, on herättänyt kiinnostusta läpinäkyvänä sähkönjohteena sekä termosähköisenä, hukkalämpöä sähköksi muuttavana materiaalina.
Aalto-yliopiston tohtorikoulutettava Janne-Petteri Niemelä löysi väitöstutkimuksessaan TNO-ohutkalvoille optimaalisen atomikerroskasvatusmenetelmän ja osoitti, että valmistetuilla kalvoilla oli korkealaatuiset läpinäkyvän sähkönjohteen ominaisuudet.
– Hoksasimme mennä atomikerroskasvatuksessa riittävän mataliin kasvatuslämpötiloihin. Onnistuimme vähentämään elektronien liikettä vaikeuttavaa raerajasirontaa, joka huonontaa sähkönjohtavuutta, hän selittää.
Monikiteisessä ohutkalvomateriaaleissa raerajat vaikeuttavat elektronien liikettä ja heikentävät sähkönjohtavuutta. ALD-kasvatetuille TNO-ohutkalvoille raerajasirontaa onnistuttiin vähentämään, minkä seurauksena materialit toimivat paremmin läpinäkyvinä sähkönjohteina.
Sähköä lämmöstä hybridimateriaaleilla
Atomikerroskasvatus, ALD, on erinomainen menetelmä uusien energiateknologioiden materiaalien valmistukseen, sillä sen avulla on mahdollista kasvattaa ohutkalvomateriaaleja erilaisille nanorakenteille, pinnan muotojen mukaisesti.
Yhdistämällä ALD-menetelmään molekyylikerroskasvatuskasvatusmenetelmä (MLD) voidaan valmistaa uudentyyppisiä epäorgaanis-orgaanisia hybridimateriaaleja. Niemelä selvitti väitöstutkimuksessaan myös ALD/MLD-valmistettujen titaanidioksidi- ja sinkkioksidipohjaisten hybridimateriaalien sähkön- ja lämmönjohtavuusominaisuuksia.
– Huomasimme tutkimuksissamme, että oksidikerrosten väleihin kasvatetut orgaaniset molekyylikerrokset alensivat huomattavasti oksidimateriaalien lämmönjohtavuutta, mikä on lupaavaa termosähkösovellusten kannalta, Niemelä selittää.
Tulevaisuudessa termosähköisten materiaalien avulla voidaan esimerkiksi tehdä ihmisten tuottamasta lämmöstä sähköä vaikka kannettavien elektroniikkalaitteiden lataukseen.
– Läpinäkyville sähköjohteille puolestaan löytyy käyttökohteita esimerkiksi aurinkokennoissa ja led-valoissa, Niemelä kertoo.
Kerrosrakenteisessa hybridiohutkalvossa epäorgaaniset (esim. titaanidioksidi) ja orgaaniset kerrokset vuorottelevat. Atomikerroskasvatettujen epäorgaanisten kerrosten väliin valmistetaan orgaaniset kerrokset molekyylikerroskasvatuksella. Kerrospaksuuksia voidaan kontrolloida atomi- ja molekyylikerroksen tarkkuudella.
³Õä¾±³Ùö²õ³Ù¾±±ô²¹¾±²õ³Ü³Ü²õ
FM Janne-Petteri Niemelä väittelee epäorgaanisen kemian alalta lauantaina 16. tammikuuta klo 12, osoitteessa Kemistintie 1, Espoo.
³Õä¾±³Ùö²õ°ì¾±°ùÂá²¹ Thin Films of TiO2 and Related Oxides by ALD/MLD: Tailoring of Transport Properties on luettavissa sähköisenä osoitteessa
³¢¾±²õä³Ù¾±±ð³Ù´ÇÂá²¹:
Janne-Petteri Niemelä
janne-petteri.niemela@aalto.fi
Lue lisää uutisia
Prototyping and Validation Grant: VeinOptima
Aallon opiskelijan kehitteillä oleva tuote auttaa hoitajia löytämään verisuonet nopeammin.
Kolmen tutkijan ideasta syntyi deep tech -yritys
Vahvaan tutkimusosaamiseen nojaava Sim Analytics Oy sai alkunsa, kun kolme LUT-yliopiston eri laboratorioissa työskennellyttä tutkijakollegaa alkoi miettiä, miten tarjota ja analysoida dataa teollisuusyritysten liiketoimintapäätösten tueksi.
Ensimmäinen suprajohtava kvanttilämpökone osoittaa, että lämpö voidaan valjastaa työksi myös kvanttimaailmassa
Suprajohtava kvanttilämpökone paitsi edistää termodynamiikan perustutkimusta, voi myös merkittävästi pienentää tulevaisuuden kvanttitietokoneiden hintalappua.